package maxheap;

import array.Array;

import java.util.Random;

/**
 * 以完全二叉树为基础结构，使用底层用数组存储
 *
 * 最大堆：根结点的键值是所有堆结点键值中最大者，且每个结点的值都比其孩子的值大。
 *
 * 最小堆：根结点的键值是所有堆结点键值中最小者，且每个结点的值都比其孩子的值小。
 * @param <E>
 */
public class MaxHeap<E extends Comparable<E>> {
    private Array<E> data;

    public MaxHeap(int capacity){
        data = new Array<>(capacity);
    }

    public MaxHeap(){
        data = new Array<>();
    }

    public MaxHeap(E[] arr){
        data = new Array<>(arr);
        for (int i = parent(arr.length - 1); i >= 0 ; i--) {
            shiftDown(i);
        }
    }

    public int size(){
        return data.getSize();
    }

    public boolean isEmpty(){
        return data.isEmpty();
    }
    // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的父节点的索引
    private int parent(int index){
        if(index == 0) {
            throw new IllegalArgumentException("index 0 没有父节点");
        }
        return (index - 1) / 2;
    }
    // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的左孩子节点的索引
    private int leftChild(int index){
        return index * 2 + 1;
    }
    // 返回完全二叉树的数组表示中，一个索引所表示的元素的右孩子节点的索引
    private int rightChild(int index){
        return index * 2 + 2;
    }

    public void add(E e){
        data.addLast(e);
        shiftUp(data.getSize()-1);
    }

    private void shiftUp(int k) {
        while(k > 0 && data.get(parent(k)).compareTo(data.get(k)) < 0){
            data.swap(parent(k), k);
            k = parent(k);
        }
    }

    public E findMax(){
        if(data.getSize() == 0){
            throw new IllegalArgumentException("can not findMax when heap is empty");
        }
        return data.get(0);
    }

    // 取出堆中最大元素
    public E extractMax(){
        E maxRet = findMax();
//        data.set(0, data.getLast()); 法一
        data.swap(0, data.getSize()-1); //法二
        data.removeLast();
        shiftDown(0);
        return maxRet;
    }

    private void shiftDown(int k) {
        while(leftChild(k) < data.getSize()) {
            int leftChildIndex = leftChild(k);
            int rightChildIndex = rightChild(k);

            int targetChildIndex = leftChildIndex;
            if(rightChildIndex < data.getSize() &&
                    data.get(rightChildIndex).compareTo(data.get(leftChildIndex)) > 0){
                targetChildIndex = rightChildIndex;
            }
            if(data.get(k).compareTo(data.get(targetChildIndex)) >= 0){
                break;
            } else {
                data.swap(targetChildIndex, k);
                k = targetChildIndex;
            }
        }
    }

    // 取出堆中的最大元素，并且替换成元素e
    public E replace(E e){
        E ret = findMax();
        data.set(0, e);
        shiftDown(0);
        return ret;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int n = 1000000;

        MaxHeap<Integer> maxHeap = new MaxHeap<>();
        Random random = new Random();
        for(int i = 0; i < n; i ++){
            maxHeap.add(random.nextInt(Integer.MAX_VALUE));
        }
        int[] arr = new int[n];
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            arr[i] = maxHeap.extractMax();
        }
        for (int i = 1; i < n; i++) {
            if(arr[i-1] < arr[i]){
                throw new IllegalArgumentException("Error");
            }
        }
        System.out.println("over successfully");
    }

}
